EP0031270A1 - Dispositif de filtrage à faible distorsion de phase et circuit de traitement de signaux de télévision couleur comportant un tel dispositif - Google Patents
Dispositif de filtrage à faible distorsion de phase et circuit de traitement de signaux de télévision couleur comportant un tel dispositif Download PDFInfo
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Definitions
- the present invention relates to devices for filtering low phase distortion of analog signals and in particular those used in color television signal processing circuits realizing the separation of luminance and chrominance.
- the filtering device must introduce only a minimum of defects on the luminance signals, in particular a minimum phase distortion.
- This method has various drawbacks: it only applies to color video frequency signals from certain systems, in which the chrominance signals are in defined phase relationship from one line to the other such as PAL or NTSC; it is not applicable on SECAM. Furthermore, it supposes a sufficient invariance from one line to another of the light signals. nance and chrominance, which is obtained on the test signals, then faithfully restored, but not in operation, where statistical degradations of the quality of the images are observed.
- the object of the invention is to overcome these drawbacks.
- a device for filtering analog signals comprising a characteristic impedance delay line Z having an input E, a main output S o , and 2n intermediate outputs (n positive integer) S 1 to S 2n staggered from this output S towards the input E, is characterized in that it further comprises a calculation device having at least n + 2 inputs E, E 1 , E2 ⁇ E n + 1 , of infinite internal impedance, respectively connected to the output S o , to the outputs S 1 , S 3 , S 5 ⁇ S 2n-1 and to the input E, and an output coupled to the output of the filtering device, and in that it also includes a separator circuit having an internal impedance output equal to Z coupled to the input of the filter and an input constituting the input of the filtering device, the position of the outputs S 1 to S 2n-1 being such that, if the phase of the signal at the output S o is taken for origin, that ⁇ m of any intermediate output S m (m chosen from 1
- the invention also relates to a circuit for processing color television signals comprising such a filtering device.
- an input terminal 1 intended to receive analog signals to be filtered is connected through a generator 2, to the input E of a delay line 3, of characteristic impedance Z, having a main output S, and 2n intermediate outputs of which only the first three are represented, S 1 , S 2 , S 3 and the last S 2n .
- a computing device 4 has 2n + 2 inputs respectively connected to the input E, to the outputs S o and S to S 2n , and an output 5 constituting the output of the filtering device.
- the 2n + 2 inputs of the device 5 have a very high impedance vis-à-vis the line impedance Z, so that they do not affect the operation of the latter.
- the separator 2 has an aperiodic internal impedance equal to Z at the input E, whatever the internal impedance of the source generating the signals applied to terminal 1, so that the reflected signals returning to E are dissipated in the internal impedance of the separator and that there is only one return trip on the line.
- ⁇ represents the phase difference of a signal between the first intermediate output S 1 and the output S o , where the phase is taken as reference, all the other intermediate outputs are connected on the line so that this same phase difference ⁇ exists between two consecutive outputs or between the last intermediate output S 2n and input E.
- the calculation device 4 comprises 2n + 2 multiplier circuits, namely a circuit of coefficient K o applied to the signal U o delivered by the output S o , 2n circuits of coefficient Km, that is to say K 1 , K 2 ⁇ ⁇ K 2n respectively applied to the signals U 1 , U 2 ... U 2n of the corresponding outputs S 1 , S 2 ⁇ S 2n and a circuit of coefficient K 2n + 1 applied to the signal U 2n + 1 present at input of E. Finally, it includes a summator of all the output signals from the multiplier circuits.
- the delay line 3 is represented in the form of a low pass filter with 22 identical cells in ⁇ each comprising a self inductance L in series and two capacitors C in bypass.
- the intermediate outputs S are staggered every two cells, but only the odd intermediate outputs S 1 , S 3 , S 5 , S 7 and S 9 are used and represented, they are therefore spaced by 4 cells, and are respectively connected to the inputs E 1 to E 5 of the device 4, the inputs E o and E 6 being respectively connected to the output S o and to the input E of the line 3.
- the device 4 comprises: a first adder 41 having four inputs connected respectively to the inputs E, E 1 , E 3 and E 5 of the device through the corresponding attenuators A, A 1 , A3 and A 5 , a second adder 42 having three inputs respectively connected to the inputs E 2 , E 4 and E 6 through the corresponding attenuators A 2 , A 4 and A 6 , and an operational amplifier 43 whose inputs (+) and (-) are respectively connected to the outputs of the summers 41 and 42, and the output 5 of which is coupled to the output 25 of the processing circuit through the contact a of an inverter 26, a complementary filter 27 and a phase and amplitude correcting circuit 28 connected in series.
- Contact b of the inverter 26 connects the input of the filter 27 through a separator 24, the output S which is charged on an impedance Z through the contact b of an inverter 23 and open through the contact a.
- the separator 24 has a very high input impedance so as not to disturb the total reflection of the signals arriving at the output S o of the filter 3.
- equation (1) limited to the terms present at the inputs E o and E 1 to E 6 of device 4, is then written and the weights become respectively which represent the attenuation coefficients to be given in absolute value, to the corresponding attenuators, A and A 1 to A 6 , the algebraic value being given by their distribution in front of the 2 inputs of the amplifier 43.
- the device has a good phase linearity as a function of the frequency since a half phase shift corresponds to a frequency which is only about 2% of the center frequency of the bandwidth (1.7 MHz).
- phase distortion has no other drawback than requiring the use, as has just been done, of a non-linear relationship between ⁇ and F to make the desired cut-off frequency coincide with a phase shift equal to of each elementary cell.
- the limited number of cells in filter 3 is the result of a compromise between an approximation of the theoretical formula (1), the better the number is, and the effects of parasitic dissipation in the filter, which increase with this number. .There are undulations in the passband and attenuated bands of the device as well as a slope of the characteristic in the vicinity of the cutoff frequency.
- the filtering is completed by the complementary filter 27 with chrominance rejection hatches, followed by the phase and amplitude corrector 28 which are both part of the classic luminance / chrominance separation devices in current applications, where they will remain alone.
- the filter 3 then being normally adapted and being only a low-pass filter of the out-of-band parasitic components which can be mixed with the useful signal.
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Abstract
Description
- La présente invention concerne les dispositifs de filtrage à faible distorsion de phase de signaux analogiques et en particulier ceux qui sont utilisés dans les circuits de traitement de signaux de télévision couleur réalisant la séparation de la luminance et de la chrominance.
- Il est nécessaire de séparer la luminance de la chrominance dans diverses applications. Certaines, telles que le décodage des signaux de couleurs primaires, tolèrent un résidu non négligeable de chrominance.
- D'autres,telles que le transodage d'un systèrre dans un autre, sont beaucoup plus exigeantes, il est alors nécessaire de laisser dans la luminance moins de quelques pour cent de chrominance afin de réduire les défauts résultant , en particulier, des interférences entre ces résidus et la nouvelle chrominance.
- De plus, le dispositif de filtrage ne doit introduire qu'un minimum de défauts sur les signaux de luminance, en particulier une distorsion de phase minimale.
- Il est connu d'effectuer cette séparation à l'aide d'un filtre en peigne qui met à profit la relation de phase existant entre les signaux de chrominance d'une ligne à l'autre pour annuler ceux-ci par sommation de plusieurs lignes successives de signal vidéofréquence.
- Cette méthode présente divers inconvénients : elle ne s'applique qu'aux signaux vidéofréquence couleur de certains systèmes, dans lesquels les signaux de chrominance sont en relation de phase définie d'une ligne sur l'autre comme le PAL ou le NTSC ; elle est inapplicable sur le SECAM. De plus, elle suppose une invariance suffisante d'une ligne à l'autre des signaux de luminance et de chrominance, ce qui est obtenu sur les signaux de test, alors fidèlement restitués, mais non en exploitation, où sont observées des dégradations statistiques de la qualité des images.
- Une autre solution connue, beaucoup plus générale applicable au SECAM et à d'autres opérations de traitement consiste dans un filtrage des signaux. Campte tenu que la partie du spectre de luminance dont les fréquences sont plus élevées que celles de la chrominance s'avère quasiment inefficace pour la définition de l'image avec les moyens de restitution connus, un simple filtre passe bas suffit.
- Mais la frontière inférieure du spectre de la chrominance étant relativement basse, environ 3,2 MHz par exemple pour les procédés PAL et SECAM 625 lignes, ce filtre doit présenter une frontière très raide, ce qui est difficilement compatible avec une faible distorsion de phase dans la bande passante. Les dispositifs de filtrage connus réalisent un compromis de qualité insuffisante.
- L'objet de l'invention est de pallier ces inconvénients.
- Selon l'invention, un dispositif de filtrage de signaux analogiques, comportant une ligne à retard d'impédance caractéristique Z ayant une entrée E, une sortie principale So, et 2n sorties intermédiaires (n entier positif) S1 à S2n échelonnées de cette sortie S vers l'entrée E, est caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de calcul ayant au moins n + 2 entrées E , E1 , E2 ··· En+1 , d'impédance interne infinie,respectivement connectées à la sortie So , aux sorties S1 , S3 , S5 ··· S2n-1 et à l'entrée E , et une sortie couplée à la sortie du dispositif de filtrage, et en ce qu'il comporte également un circuit séparateur ayant une sortie d'impédance interne égale à Z couplée à l'entrée du filtre et une entrée constituant l'entrée du dispositif de filtrage, la position des sorties S1 à S2n-1 étant telle que, si la phase du signal à la sortie So est prise pour origine, celle ϕm d'une sortie intermédiaire quelconque Sm (m choisi parmi 1 à 2n) est donnée par ϕi = m et celle ϕE de l'entrée E par ϕE = (2n+1)ϕ , ϕ étant le déphasage introduit par le filtre entre ses sorties S et S1 .
- L'invention a également pour objet un circuit de traitement de signaux de télévision couleur comportant un tel dispositif de filtrage.
- L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins s'y rapportant sur lesquels :
- - la figure 1 est un schéma de principe du dispositif de filtrage selon l'invention ;
- - la figure 2 est un schéma d'un circuit de traitement de signaux de télévision couleur réalisant la séparation de la luminance et de la chrominance et comportant un dispositif de filtrage selon l'invention.
- Sur la figure 1, une borne d'entrée 1 destinée à recevoir des signaux analogiques à filtrer est connectée à travers un générateur 2, à l'entrée E d'une ligne à retard 3, d'impédance caractéristique Z, ayant une sortie principale S , et 2n sorties intermédiaires dont sont seules représentées les trois premières, S1, S2 , S3 et la dernière S2n . Un dispositif de calcul 4 comporte 2n + 2 entrées respectivement connectées à l'entrée E , aux sorties So et S à S2n , et une sortie 5 constituant la sortie du dispositif de filtrage.
- Les 2n + 2 entrées du dispositif 5 ont une impédance très élevée vis-à-vis de l'impédance Z de la ligne, de sorte qu'elles n'interviennent pas sur le fonctionnement de cette dernière.
- C'est-à-dire que, si la dissipation de la ligne est négligeable, tout signal appliqué à l'entrée E de la ligne y retournera avec la même amplitude. Le séparateur 2 présente une impédance interne apériodique égale à Z à l'entrée E, quelle que soit l'impédance interne de la source générant les signaux appliqués à la borne 1, de sorte que les signaux réfléchis retournant en E sont dissipés dans l'impédance interne du séparateur et qu'il n'est accompli qu'un aller et retour sur la ligne.
- Si ϕ représente la différence de phase d'un signal entre la première sortie intermédiaire S1 et la sortie So , où la phase est prise comme référence, toutes les autres sorties intermédiaires sont connectées sur la ligne de manière que cette même différence de phase ϕ existe entre deux sorties consécutives ou entre la dernière sortie intermédiaire S2n et l'entrée E.
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- Le dispositif de calcul 4 comporte 2n + 2 circuits multiplicateurs à savoir un circuit de coefficient Ko appliqué au signal Uo délivré par la sortie So , 2n circuits de coefficient Km c'est-à-dire K1 , K2 ··· K2n respectivement appliqués aux signaux U1 , U2 ... U2n des sorties correspondantes S1 , S2 ··· S2n et un circuit de coefficient K2n+1 appliqué au signal U2n+1 présent à l'entrée de E. Enfin il comporte un sommateur de l'ensemble des signaux de sortie des circuits multiplicateurs.
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- Si n→∞, cette équation exprime la décomposition en série de Fourier d'un signal périodique constitué d'impulsions rectangulaires d'amplitude U et de largeur 2kn . C'est-à-dire que UR = U sera obtenu en sortie du dispositif de filtrage pour tout signal sinusoïdal d'amplitude U et de fréquence F inférieure à celle correspondant à une différence de phase ϕ = kπ , et UR = O sera obtenu pour les signaux de fréquence correspondant à kπ<(2-k)π , UR étant de nouveau égal à U si (2-k)π<ϕ<(2+k)π et ainsi de suite.
- Ainsi un filtre passe bas de frontière F sera réalisé si la fréquence maximale à éliminer introduit un déphasage ϕ inférieur à (2-k)π .
- Mais il peut être transformé en filtre passe haut en remplaçant Ko par un coefficient de polarité inverse K'o = -k , lequel passe haut devenant un passe bande si la fréquence des signaux appliqués au dispositif est telle que la valeur de ϕ dépasse (2+k)π tout en étant inférieure à (4-k)π.
- La figure suivante montre un exemple d'application en filtre passe bas dans le cas particulier où k = ½, ce qui permet d'éliminer les harmoniques paires de la série de Fourier et les sorties intermédiaires correspondantes de la ligne à retard 3.
- Sur la figure 2, où les mêmes repères désignent les mêmes organes que sur la figure 1, la ligne à retard 3 est représentée sous forme d'un filtre passe bas à 22 cellules identiques en π comportant chacune une self inductance L en série et deux condensateurs C en dérivation. Les sorties intermédiaires S sont éche- lonnées toutes les deux cellules, mais seules les sorties intermédiaires impaires S1 , S3 , S5 , S 7 et S 9 sont utilisées et représentées, elles se trouvent donc espacées par 4 cellules, et sont respectivement connectées aux entrées E1 à E5 du dispositif 4, les entrées Eo et E6 étant respectivement reliées à la sortie So et à l'entrée E de la ligne 3.
- Le dispositif 4 comporte : un premier sommateur 41 ayant quatre entrées reliées respectivement aux entrées E , E1 , E3 et E5 du dispositif à travers les atténuateurs correspondants A , A1 , A3 et A5 , un deuxième sommateur 42 ayant trois entrées respectivement connectées aux entrées E2 , E4 et E6 à travers les atténuateurs correspondants A2 , A4 et A6 , et un amplificateur opérationnel 43 dont les entrées (+) et (-) sont respectivement connectées aux sorties des somma- teurs 41 et 42, et dont la sortie 5 est couplée à la sortie 25 du circuit de traitement à travers le contact a d'un inverseur 26, un filtre complémentaire 27 et un circuit correcteur de phase et d'amplitude 28 montés en série. Le contact b de l'inverseur 26, relie l'entrée du filtre 27 à travers un séparateur 24 , la sortie S qui est chargée sur une impédance Z à travers le contact b d'un inverseur 23 et ouverte à travers le contact a . Le séparateur 24 présente une impédance d'entrée très élevée afin de ne pas perturber la réflexion totale des signaux parvenant à la sortie So du filtre 3.
- Le fonctionnement sera d'abord décrit en supposant fermés les circuits a des inverseurs 23 et 26.
- Puisque k = ½, l'équation (1), limitée aux termes présents aux entrées Eo et E1 à E6 du dispositif 4, s'écrit alors
- Pour ϕ=
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- Ainsi, il a été vu que le dispositif présente une bonne linéarité de phase en fonction de la fréquence puisqu'à un déphasage moitié correspond une fréquence qui n'est qu'à 2 % environ de la fréquence centrale de la bande passante (1,7 MHz).
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- Le nombre limité de cellules du filtre 3, résulte d'un compromis entre une approximation de la formule théorique (1) d'autant meilleure que ce nombre est grand,et les effets de la dissipation parasite dans le filtre, qui augmentent avec ce nombre.Ainsi, il existe des ondulations dans les bandes passante et atténuée du dispostif ainsi qu'une pente de la caractéristique au voisinage de la fréquence de coupure.
- Ces effets, connus sous le nom de phénomènes de Gibbs, ou effets de troncature, sont atténués en donnant, expérimentalement, aux derniers atténuateurs, A4 à A6 des valeurs d'atténuation un peu plus élevées que celles qui résulteraient des termes correspondants de la série de Fourier.
- De plus le filtrage est complété par le filtre complémentaire 27 à trappes de réjection de chrominance, suivi du correcteur de phase et d'amplitude 28 qui font partie tous deux des dispositifs classiques de séparation luminance/chrominance dans les applications courantes, où ils resteront seuls utilisés en positionnant les inverseurs 23 et 26 sur leur circuit b , le filtre 3 étant alors normalement adapté et n'étant plus qu'un filtre passe bas des composantes parasites hors bande qui peuvent être mélangées au signal utile.
Claims (6)
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